Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK. Dr. Palotás Béla. Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK Dr. Palotás Béla

Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék

Ellenállás hevítés

A darabokon átfolyó áram Joule hője hevíti fel a darabokat. A képződő hő függ az ellenállástól (R ) és az átfolyó áramtól (I ): th

Q = ∫ RI 2 dt 0

Az ellenállás hevítés megvalósítható a darabba közvetlenül bevezetett árammal, illetve az indukált áram is felhasználható, ez utóbbi a közvetett hevítés.

Hegesztés előadások

Szerző: dr. Palotás Béla

2

1

Közvetlen hevítés

A darabokba közvetlenül vezetjük be az áramot. Hegesztés előadások


3

Közvetett hevítés

Az indukált áram hevíti fel a darabokat. A mágneses veszteség is hevít a ferromágneses anyagoknál. Hegesztés előadások


4

2

Hevítés folyamata ellenállás ponthegesztésnél



5

Ponthegesztésnél lejátszódó folyamat

A darabok érintkezési felületén az átmeneti ellenállás (Ra) kezdetben a legnagyobb. Az elektródák hűtése illetve jó hővezető képessége miatt az elektródák és a darabok közötti érintkezési ellenállás (Rk’ és Rk’’) elhanyagolható. A hevítésben így az átmeneti ellenállás és a darabok saját ellenállása (R’ és R’’) játszik szerepet. Az átmeneti ellenállás a felület megolvadása miatt igen gyorsan nulla lesz (AC áramú hegesztésnél gyakorlatilag ¼ periódus alatt), így a továbbiakban a lemezek ellenállása - amely a hőmérséklet függvényében nő – döntő a hevítésben. A darabok közötti kör keresztmetszetű megolvadt foltból kiindulva lencse alakú olvadt anyag jön létre, amelynek a kristályosodása hozza létre a varratot az áram kikapcsolása után.



6

3

Ellenállás hegesztési eljárások ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSEK

Ponthegesztés

Vonalhegesztés

Fóliás vonalhegesztés Tompa

Átlapolt Zömítõ

Dudorhegesztés

Tompahegesztés

Tárcsaelektródás csõvonalhegesztés

Nagyfrekvenciás hegesztés

Természetes dudorú Átlapolt

Rézhuzal közbetétes

Kamrás

Mesterséges dudorú Zömítõ

Elõmelegítéses

Folyamatos leolvasztású Vibrációs leolvasztású

Tompahegesztés Egyszerű transzformátoros

Vonalhegesztés

Gyűrűtranszformátoros

Egypontos Kétpontos

Többpontos

Csõ vonalhegesztés

Melegzömítõ Vonalinduktoros

Tekercsiduktoros

Egyoldali

Közvetlenbetáplálású ( csúszóérintkezõs )

Kátoldali



7

Kötés kialakulása ellenállás hegesztéseknél

Az ellenállás ponthegesztésnél, az ellenállás vonalhegesztésnél és a fóliás vonalhegesztésnél részben, a kristályosodás, a többi eljárásnál a képlékeny alakváltozás hozza létre e kötést. Az utóbbi eljárásoknál (dudorhegesztés, tompahegesztés, csővonal hegesztés és nagyfrekvenciás hegesztések) az olvadt anyagok kinyomódnak a sorjába.



8

4

Az ellenállás hegesztés előnyei és alkalmazása I.

Az összehegesztendő elemek széles mérettartományban változhatnak: Lemezek átlapolt kötése esetén: s = 0,005 … 30 mm Rudak tompahegesztése esetén: D = 0,01 … 350 mm Rudak keresztezett kötése D = 0,01 … 80 mm Csaknem minden anyag hegeszthető A hegesztési folyamat teljesen gépesített, jól szabályozható és automatizálható Hegesztés előadások


9

Az ellenállás hegesztés előnyei és alkalmazása II.

A hegesztett kötések jó és egyenletes minőségűek A hőhatásövezet kicsi ezért a szövetszerkezeti változás és a maradó alakváltozás elhanyagolható Nagy a termelékenység Anyag- és energia megtakarítás szempontjából előnyös.



10

5

Az ellenállás hegesztés hátrányai

A berendezés költséges A berendezés üzembe állítása, beállítása, karbantartása magasan képzett szakembereket igényel Rossz beállítás esetén sok selejt készül Bizonyos esetekben mechanikai tulajdonság problémák lehetnek.



11

Az ellenállás ponthegesztés

Az elektródák közötti csatornában záródik az elektromos áramkör, a már említett folyamat szerint játszódik le a megolvadás, majd az erőhatás alatti kristályosodás hozza létre a kötést. Hegesztés előadások


12

6

A ponthegesztés változatai 1.

Egyoldali egypont Egyoldali kétpont

Egyoldali kétpont hegesztés



13


Kétoldali kétpont

Kétoldali egypont Kétoldali többpont Hegesztés előadások


14

7


Egyoldali többpont hegesztések: Felső: Indirekt Felső: Kétoldali direkt többpont Középső: Soros páratlan Alsó: Ellenütemű kétoldali többpont Alsó: Soros páros Hegesztés előadások


15

A ponthegesztett kötés készítésének folyamata

Az alsó elektródán fekvő darabokhoz a felső elektróda közelít (a.), az elektródákat a darabokhoz nyomjuk (b.), az előtartási idő eltelte után az áramot bekapcsolva lencse alakban olvad meg a darabok érintkezési felületén az anyag (c.). Egyre nagyobb anyagtérfogat hevül fel (d.), ha a hegesztőáram túl sokáig folyik, kifröccsenés jöhet létre (e.), a megfelelő ideig folyó áram kikapcsolása és az utótartási idő letelte után a felső elektróda távozik (f.). Hegesztés előadások


16

8

Ponthegesztett kötést többféle munkarenddel is készíthetünk Jó paraméterek I

Fröcskölés

Elégtelen heg.

Imin

A

B

th

Létezik egy minimális áram, amelynél kisebb árammal (Imin) nem tudunk hegeszteni, hiszen nem képződik elegendő hő. Nagy áram kis idő az un. kemény munkarend (A), míg a kisebb áram hosszabb idő jelenti a lágy munkarendet (B). Kemény munkarendet igényelnek a jó hővezető-képességű anyagok, lágy munkarend pedig kisebb beedződési veszéllyel jár. Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla

17

Egyszerű munkarend F I

t tes th tu Az elektródákat a darabhoz nyomva (F), az előtartási idő (tes) eltelte után kapcsoljuk be az áramot (I), a hegesztési idő (th) eltelte után még az utótartás idejéig (tu) fenntartják a nyomást. Az erőhatás alatti kristályosodás tömörebb varratot eredményez. A fő hegesztési paraméterek a I, F, th , tehát az elő- és utótartási idő segéd paraméterek. Hegesztés előadások


18

9

Összetett munkarendek

Az összetett munkarendekkel kiterjeszthető a ponthegesztés alkalmazása. Például az erő növelése az áram bekapcsolása előtt, jobb felfekvést eredményez, az erő csökkentése az áram bekapcsolásakor pedig csökkenti az elektróda benyomódását, míg az erő ismételt növelése az áram kikapcsolása után, tömörebb varratot eredményez. Hegesztés előadások


19

Összetett munkarendek típusai a.): Egyszerű, b.): Egyszerű utólagos hőkezeléssel, c.): Egyszerű többszöri utólagos hőkezeléssel, d.): Szabályozott áram fel- és lefutás, e.) Utónyomással, f.): Csökkentett hegesztési nyomással, g.): Lépcsősen növelt utónyomás, h.): Folyamatosan növelt hegesztési nyomás, utónyomással. Hegesztés előadások


20

10

Hegesztési paraméterek

Áramsűrűség:

Ötvözetlen acélra: 1250 A /mm2periódus Ausztenites acélra: 800 … 1000 A /mm2periódus Ötvözetlen Al-ra: 4000 … 5000 A /mm2periódus Ötvözött Al-ra: 3000 … 4000 A /mm2periódus

I = jA p t h

2

Ap =

dp π

4 • Elektróda nyomás: Ötvözetlen acélra: 70 … 120 MPa Ausztenites acélra: 130 … 250 MPa Ötvözetlen és ötvözött Al-ra: 80 … 250 MPa Hegesztés előadások


21

Az elektróda mérete de = 5 s d e = 2 s + 2,5 R = f ( s) (de: elektróda átmérő, s: lemezvastagság, R: lekerekítési sugár (R = 50 … 200 mm)).



22

11

A kötés szilárdsága függ a hegesztési paraméterektől Fnysz Optimum th I F A hegesztési paramétereknek optimuma van. (Fnysz: nyíró szakító erő). Hegesztés előadások


23

Tipikus hegesztőgép

Helyhez kötött berendezés. (Léteznek mozgatható, un. ponthegesztő fogók is.) Hegesztés előadások


24

12

A ponthegesztés alkalmazása

Lemezek átlapolt kötésére általánosan alkalmazott eljárás Különösen fontos az autókarosszériák gyártásában Lemezes vagy lemezszerű szerkezetekben általános Ötvözetlen-, gyengén- és erősen ötvözött acélok hegeszthetők Színes és könnyűfémek hegeszthetők, Al és ötvözetei hegeszthetők, ebben az esetén rádiuszos elektróda szükséges Számos fémkombináció hegeszthető Réz és ötvözetei hegesztése csak W-betétes elektródával Edződésre hajlamos anyagoknál különleges munkarendre van szükség. Hegesztés előadások


25

Hegeszthetőségi háromszög



26

13

Ellenállás vonalhegesztés

Elv: Tárcsaelektródák között folyamatosan pontvarratokat készítünk. Ha a pontok átfedik egymást, tömítő varratot készítünk, ha nincs átfedés, pontsort hegesztünk.



27

Vonalhegesztésnél nagy áramokra van szükség

A már előzetesen elkészült pontokon is átfolyik az áram, ami egyrészt a varratok folyamatos hőkezelését jelenti, másrészt azt eredményezi, hogy a varratok készítéséhez lényegesen nagyobb áram kell mint ponthegesztésnél.



28

14

A vonalhegesztés változatai

a.) Pontsor hegesztés b.) Áramimpulzusok alkalmazása c.) Félperiódusok alkalmazása d.) Folyamatos áram alkalmazása e.) Folyamatosan változó áram



29

A hegesztési paraméterek kiválasztása



30

15

Elektróda kialakítások



31

Hegesztő gépek

Keresztirányú Hegesztés előadások

Hosszirányú Szerző: dr. Palotás Béla

32

16

A vonalhegesztés alkalmazása

Lemezek átlapolt hegesztésére Főleg tömítő varratokat készítünk, mert a mechanikai tulajdonságai rosszak a varratnak a folyamatos hőkezelésnek köszönhetően, így teherviselő varratként azok nem alkalmazhatók Lemezszerkezeteknél tömítő varratként alkalmazzák, pl. lemezradiátor gyártása Kis átfedés (a = (0,8 … 1,5 s) esetén tompakötés is készíthető Főleg átlapolt kötéseket készítenek (a ≥ 4s), tompakötésre a fóliás vonalhegesztés előnyösebben alkalmazható Anyagkombinációk mint ponthegesztésnél.



33

Fóliás vonalhegesztés



34

17

A fóliás vonalhegesztés elve

A fóliás vonalhegesztés lemezek tompakötéseinek készítésére alkalmas eljárás. A tompán illesztett lemezek felülete és az elektródák közé vékony – vastagságától függően - (0,1 …0,5 x 4 mm) méretű fóliát vezetnek, ezen keresztül záródik az áramkör, (az F erő itt az áram hozzávezetését segíti, nem ez a zömítő nyomás). A darabok akadályozott hőtágulása hozza létre a zömítő nyomást. Az érintkező lemezek felületeinek környezete megolvad, a fóliák teljes szélességben kohéziós kapcsolatba kerülnek a lemezekkel (részben folyékony, részben szilárd halmazállapotban). Hegesztés előadások


35

A fóliás vonalhegesztés alkalmazása

Ötvözetlen és gyengén ötvözött, illetve erősen ötvözött acélok hegeszthetők Ni és kobalt ötvözetek hegeszthetők Fémmel bevont lemezek hegeszthetők (Zn, Sn, Pb, Al bevonat), Al és Cu és ötvözetei nem hegeszthetők A fólia anyaga alapanyag szerint Egyenes vagy nagy görbületű kötések készíthetők Tompaillesztés esetén s = 0,5 … 5 mm hegeszthető Átlapolt illesztés esetén: s = 0,4 … 2 mm vastag lemezek hegeszthetők Görgőszélesség: 6 mm Kedvező mechanikai tulajdonságok érhetők el Alárendelt helyeken egy fólia is használható. Hegesztés előadások


36

18

Ellenállás dudorhegesztés

Elv: A ponthegesztéstől eltérően az elektródák által bevezetetett áramot és erőt a munkadarab természetes ill. mesterséges alakja (dudor) koncentrálja. Az érintkezési felületen a dudor megolvad, az olvadt anyagok a sorjába nyomódnak és a képlékeny alakváltozás hozza létre a kötést. Hegesztés előadások


37

Dudor kialakítások

Kör– és gyűrűdudor

Vonaldudor

A dudort úgy kell kialakítani, hogy hőegyensúly alakuljon ki a hegesztés helyén, egyszerre olvadjon meg a dudor és az érintkező anyagrész. A dudort a nagyobb tömegű darabon kell elkészíteni. Eltérő anyagok esetén a jobb hővezető-képességű és magasabb olvadáspontú darabon célszerű elhelyezni a dudort. Eltérő vastagság esetén a vékonyabb darab a mértékadó. Hegesztés előadások


38

19

Hegesztési munkarendek

a.) Egyszerű munkarend, b.) Növelt utónyomás és szabályozott áramfelfutás c.) Áramimpulzusok alkalmazása, d.) Előmelegítés és utólagos hőkezelés alkalmazása növelt utónyomással Hegesztés előadások


39

Hegesztő berendezés

A ponthegesztő gépek alkalmasak dudorhegesztésre Az elektródák T-horonnyal rendelkeznek a készülékek felfogásának segítésére A dudor-hegesztőgépek kisebb karkinyúlással rendelkeznek, merevebb kialakításúak.



40

20

Tipikus kötések



41

Sarok kötések is készíthetők



42

21

A dudor hegesztés konstrukciós egyszerűsítéseket tesz lehetővé



43

A dudor hegesztés alkalmazása

Alkalmazási példákat az előzőkben láttunk Az ipar minden területén alkalmazható Konstrukciós egyszerűsítéseket tesz lehetővé Sok esetben ott is célszerű lenne, ahol még nem alkalmazzák Anyagok, mint ponthegesztésnél Az ellenállás csaphegesztés is dudorhegesztés.



44

22

Ellenállás tompahegesztés

Elv: A tompán összenyomott darabokon átfolyó áram felhevíti a darabok érintkezési felületeit (egyes változatoknál meg is olvadnak azok) és a megfelelő felhevítést elérve, az erőt növelve összenyomjuk a darabokat. A képlékeny alakváltozás hozza létre a kötést. (Az olvadt anyagok sorjába nyomódnak.) Hegesztés előadások


45

Az ellenállás tompahegesztés változatai

Zömítő tompahegesztés Leolvasztó tompahegesztés Előmelegítéses vagy szakaszos leolvasztó tompahegesztés



46

23

Zömítő tompahegesztés

F: nyomóerő I: áramerősség l: hosszváltozás ∆heg: zömítés Hegesztés előadások


47

Zömítő tompahegesztés és paraméterei

A zömítő tompahegesztésnél a darabokat nem olvasztjuk meg, a képlékeny alakváltozás hozza létre a kötést. Az alakítás során a darab közepéről is sorjába kell nyomni a felületi szennyeződéseket, de csak egy méret alatt lehet ezt megtenni, így a zömítő tompahegesztésnek alkalmazási korlátja van. Ez acélok esetében: 20 mm. Áramsűrűség 70 … 80 A/mm2 Lágyacélra: 150 … 200 A/mm2 Al-hoz: 250 … 300 A/mm2 Cu-hez: Zömítőnyomás 10 … 30 MPa Lágyacélokhoz: 40 … 60 MPa Al-hoz Hegesztés előadások


48

24

Leolvasztó tompahegesztés

Folyamatos leolvasztás során a felületeket megolvasztjuk és az olvadt anyagokat folyamatosan sorjába nyomjuk. A leolvasztást ívképződés kíséri, folyamatos szikrázás jellemzi a leolvasztást. A felületek megolvasztása után, a darabokat összenyomva (Fzöm) először rövidzárlat (Izöm) jön létre, majd a képlékeny alakváltozás hozza létre a kötést. l: a hosszváltozás, ∆le: hosszváltozás leolvasztás során, ∆zöm: hosszváltozás zömítés során. Hegesztés előadások


49

Leolvasztó tompahegesztés paraméterei

Folyamatos leolvasztás áramsűrűsége: 5 … 10 A/mm2 Lágyacélra 15 … 30 A /mm2 Al-ra Zömítés: ze = (0,5 … 0,6)d Tömör anyagokra Vékonyfalú üreges anyagok ze = (3,5 … 5) s ze = (7 … 11) s Vékonyfalú Al-ra Leolvasztási idő: (0,4 … 0,6) d Tömör anyagokra (2 … 3) s Üreges vékonyfalú anyagokhoz (1,4 … 1,6) s Vékonyfalú Al-ra Hegesztés előadások


50

25

Előmelegítéses tompahegesztés Az előmelegítéses leolvasztó tompahegesztésnél, a darabokat összenyomják és széthúzzák, amikor is az előmelegítő áram (Ielő) van bekapcsolva. Az előmelegítés után egy leolvasztási folyamat következik az előzők szerint:

Az előmelegítéses tompahegesztés lehetővé teszi edződésre érzékeny anyagok hegesztését is. Hegesztés előadások


51

Tipikus tompahegesztett kötések



52

26

A tompahegesztés alkalmazása

Az ellenállás tompahegesztés alkalmazható Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok Erősen ötvözött acélok Edződő acélok Színes és könnyűfémek Számos anyagpárosítás hegeszthető Az ipar minden területén alkalmazható Tengelyszerű alkatrészek, láncok, csapok stb. hegesztése Zömítő tompahegesztés: 0,3 … 20 mm Acélok, nikkel: 0,3 … 14 mm Réz: 0,3 … 18 mm Al, sárgaréz, bronz: Hegesztés előadások


53

Cső - vonalhegesztések Elv: az összehegesztendő éleket általában nem, illetve részben olvasztják meg, az ellenállás hevítéssel az alakváltozó képességet növeljük meg, a kötést képlékeny alakváltozással hozzuk létre. Változatok: Egyszerű transzformátoros vagy tárcsaelektródás csővonalhegesztés Gyűrűtranszformátoros cső-vonalhegesztés Vonalinduktoros cső-vonalhegesztés Tekercsinduktoros cső-vonalhegesztés Közvetlen betáplálású cső-vonalhegesztés. Hegesztés előadások


54

27

Tárcsaelektródás cső-vonalhegesztés

Az összehegesztendő élek nem olvadnak meg, hibamentes kötés csak úgy érhető el, ha az oxidok alvadáspontja alacsonyabb az anyag olvadáspontjánál, így csak a 0,3 % C - tartalomnál kisebb C - tartalmú acélok hegeszthetők. Maximum 3 mm falvastagság lehet, mert az alakváltozás korlátozott és csak így lehet zárványmentes kötést készíteni. D= 15 … 120 mm s= 0,15 … 3 mm vhegmax = 30 m/min Hegesztés előadások


55

A frekvencia hatása cső-vonalhegesztésnél

A hegesztési sebesség csak úgy növelhető, ha a frekvenciát növeljük. Hegesztés előadások


56

28

Gyűrűtranszformátoros tárcsaelektródás cső-vonalhegesztés

f = 950 Hz vheg ≥ 100 mm/min D= 6 … 610 mm s= 0,4 … 13 mm Szénacélokhoz.



57

Vonalinduktoros cső-vonalhegesztés

f = 2 … 10 KHz vheg = 5 … 40 m/min D= 60 … 170 mm s= 3 … 8 mm Kis karbontartalmú szénacélokhoz.



58

29

Tekercs induktoros cső-vonalhegesztés

Közép frekvenciás: fmax = 10 KHz Rádió frekvenciás: f = 200 … 450 KHz A nagy frekvenciának köszönhetően,, acélok, erősen ötvözött acélok és nemvasfémek is hegeszthetők. Védőgázban javul a kötés minősége. D= 6 … 450 mm s= 0,3 … 13 mm vheg = 10 … 100 m/min



59

Közvetlen betáplálású cső-vonalhegesztés

f = 200 … 450 KHz I = 1 … 2 KA Erősen ötvözött acélok és nemvasfémek is hegeszthetők. D = 10 … 1000 mm s = 0,3 … 13 mm vheg = 10 … 150 m/min A cső-vonalhegesztéseket hosszvarratos csövek gyártásánál használják. Hegesztés előadások


60

30

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK. Dr. Palotás Béla. Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék

Recommend Documents